国家电网公司科技项目建议书(125万)

编号 国家电网公司科学技术项目 建议书 项目名称： 携带式 变压器油在线高压实验室 申请单位： 起止时间： 年 月 至 年 月 项目负责人： 标记：课题负责人 通信地址： 邮政编码： 联系电话： 传 真： 申请日期： 标记：申报日期 简 表 项目名称 携带式 变压器油在线高压实验室 项目负责 人 姓名 单 位 性别 年 龄 专业 职 称 项 目 分 类 技术 攻 关 新技术 开 发 新产品 试 制 技术引进 消化吸收 应用理论 基础研究 软科学 研 究 推 广 新产品研发 项目组 人 数 其中 高级职称 中级职称 研究生 初级职称 协作单位 协作形式 申请金额 (万元 ) 125 研究起止年月 其中 资 助 自 筹 项目内容 、 意义和预期成果摘要 项目内容 1. 变压器油的高压试验目前包括 以下内容 ： 2. 变压器油的高压试验目前包括以下内容： 3. 变压器油介电强度的在线测量； 4. 变压器油介质损耗的在线测量 ； 5. 变压器油微水的在线测量 ； 6. 变压器油微气的在线测量 ； 7. 测量装置中变压器油在线回收处理装置； 8. 测量装置中遥控和通信装置。 项目意义 电力系统中变压器是投资较大而位置又重要的设备，但是变压器在运行中长期经受电气、机械、化学和环境的影响。变压器油也同样受到这些影响，这些综合因素必然导致变压器油的某些技术指标不能满足变压器安全运行要求。虽然，预防性试验在我国电力系统中发挥了巨大作用，但是这种按时间表监测维护的方法具有一定缺陷，不仅设备的缺陷不能即时发现，既浪费人力和财力又不能完全达到预期的效果。另外，主要缺陷是 在停电情况下检测出的变压器油的技术指标不能真实反映带电情况下变压器油的技术指标。更不用说实时发现问题实时处理，以避免变压器事故的发生。状态 (在线 )监测和状态就由此应运而生。它既能节约和降低电力部门的管理和运行成本，又提高了变压器的安全运行水平。 传统测量的方法全是离线测量，多年来的经验证明传统方法是可行的，由于科学技术的限制只能采取离线测量，实践证明它的测量结果有很大的分散性。由于测量过程中造成测量误差的因素较多，有的结果是是而非，特别是不同时间测量的同一油样其数值差异很大，无法得到合理的解释。这都是由于离 线测量方法不能真实反映油的品质所至。 变压器油是从石油提炼出来的，节约变压器油也就是节约石油，延长变压器油的使用寿命就是节约石油，也就是节约能源；另外，在预防性试验时每次都要从变压器本体抽取几千毫升的变压器油去做试验，试验结束后这些废油都没有固定的地方回收或处理，都是由试验人员随意处置，既浪费又污染环境。应用状态维护的方法既可以减少试验中废变压器油的排放、又保护了环境。从这些意义上来说，推广这项新的维护方法对节能减排也是很有意义的，值得推广。 预期成果 1，研究和开发变压器油在线测量的方法 在线取 样、在线测量、在线处理。 2， 研究测量中如何防止变压器保护误动 、防止变压器油产生油流带电 的措施 3， 研发一套适合的监测、控制和人机通信的软件 4，研制一套变压器油 在线 回收及处理装置 5， 试制一台变压器油在线测量装置 样机 一、 本研究项目的科技依据（包括科技意义和应用前景，国内外研究概况、水平和发展趋势；应用理论基础研究项目应阐述学术思想，立论根据，特色或创新之处，主要参考文献目录及出处；推广项目说明成果成熟程度，适用范围，以及成果的知识产权等问题） 项目背景 1， 我国现行的 变压器油测量都 是离线测量，在线测量还是空白 2， 离线测量不能反映变压器油的在线 油品，为此，在线测量是变压器维护技术发 展 的方向 离线测量的缺陷 离线测量不能真实反映油的品质是由于多种原因造成的： 1, 人为因素 现在的测量仪器是全自动化，但是在测量过程中要先取样，它就涉及人的操作因人而异：取样瓶的清洗和干燥准备过程；变压器放油阀的清洗；油流入取样瓶是否在瓶底部；放电间隙的测量等。 2, 环境因素 温度 ,湿度的影响：我们取样时是在大气环境下，相对干燥的油在不同的温度下对湿度有不同的敏感度；我们对样品测量时油杯中油的温度早已不 是取样时变压器内油的温度，其数值当然不能代表原来油的品质。 3, 绝缘纸和绝缘油中水的平衡条件 变压器绝缘系统是由绝缘纸和绝缘油所组成的，二者是不可分离的，水分对绝缘油的危害是十分严重的，油中水分会加速油的劣化，使其电气性能恶化，降低电气强度。当温度升高，水分从绝缘纸中迁出，反之温度降低时，油中析出水分进入纸。由于油纸水分平衡需在某一稳定的温度下，经较长时间才能实现，然而变压器运行温度大多是周期性变化的，因此往往很难达到真正的平衡状态。所以传统方法的 离线测量 没有检查 平衡条件 就不能 真实反映油的品质 。 综上述原 因，最好能找到实时的在线测量方法才能 真实反映 变压器 油的品质 。 在线测量的优点 1，克服了 环境和 人为 造成 测量 误差的 因素 2，在线测量可以获得变压器油的实时测量数据 ，真实反应变压器油的品质。 3，测量过程全部自动化不需人为干预 4，可以远方读取数据，设置报警值 和标准值 ，当油的指标达到标准值时发信号到处理装置使其自动停止处理程序。 5, 对节能环保及建设绿色电网有积极意义 因此，在线监测是毋容置疑的技术发展方向。 应用前景 1， 不论油浸变压器的容量大小和型式不同都可以推广运用。 2， 不同地区、不同用途的油浸变 压器都可推广运用。 3， 新旧油浸变压器都可以推广运用。 4，此测量装置可与在线变压器油处理装置配套运行，为它提供判断依据。 国内外研究概况 目前，国内外市场尚无此类产品，但是， 许多制造商都正在积极研究和开发此类产品。由于巨大的电力市场，它有广阔的应用前景。 这是我们完全拥有自主知识产权的 产品。 二、研究、推广应用内容和预期成果（说明项目的具体研究、推广内容、技术关键和重点解决的技术问题，预计达到的技术经济指标，预期成果和提供的形式及其依托工程，应用该成果的单位落实情况和可能应用的其它工程或单位及效益。 由于 我国已开始大力推广在线监测和在线处理技术，其中变压器油的在线处理 装置 目前 在处理过程中 还缺少 变压器油的高压参数的在线测量。变压器油在线处理结果还是采用离线测量方法，本装置研制就可以在线提供变压器油的高压参数的在线测量结果。根据变压器油的国家标准我们就可以设定判断 数据。提供停机的判断依据。是目前在线变压器油处理装置 实现 完全自动化和无人值守。 湖南省超高压公司和北京超高压公司已经开展变压器油在线处理，我们可以应用在这两个工程中。 项目内容 变压器油的高压试验目前包括 以下内容 ： 1， 变压器油介电强度的 在线 测量； 2， 变压器油介质损 耗 的 在线测量 ； 3，研发一套适合的监测、控制和人机通信的软件； 4，研制一套变压器油在线回收及处理装置； 5， 试制一台变压器油在线测量装置样机。 技术关键 1，研究和开发变压器油在线取样和在线测量的方法 。 2，研究测量中如何防止变压器保护误动、防止变压器油产生油流带电的措施 3，变压器油在 线回收 及处理的技术 4， 研发一套适合的监测、控制和人机通信的软件 技术经济指标 技术 指标 : 1，实现按照 IEC-156 和 国家标准 GB507-86“在线测量变压器油的介电强度 ”的规定 如 ：电压波形、升压速度、等待时间 、油杯 等。 达到 标准的技术要求 1.1 技术要求 a) 环境温度： 0 +40 b)相对湿度：不大于 80% c) 大气压力： 86kPa 106 kPa d)电源电压：交流 220（ 1 10%） e) 电源频率： 50Hz 2.5 Hz 升压速度 采用自动升压的绝缘油介电强度测试仪，其自动升压速度应设定为 2kV/s 或 3kV/s,误差不应超过 1%光 电压波形 施加在油杯上的电压应是一近似正弦的波形，其峰值因数与标准正弦的峰值因数的差值应在 5% 电压测量误差 绝缘油介电强度测试仪的电压测量误差不应大于 3% 安全性能 绝缘电阻 绝缘油介电强度测试仪电源输入端对机壳的绝缘电阻应大于 20M 绝缘强度 绝缘油介电强度测试仪电源输入端对机壳应承受工频 2000V、历时 1min 的耐压试验，应无击穿、飞弧现象。 1.2 变压器和相配的装置应能在电压大于 15kV 时产生一个 20mA 的最小短路电 流。 1.3 保护装置 ： 装置应良好接地， 进行试验时尽可能防止产生高频振荡，为了保护设备和避免试油在击穿瞬间的分解，可与试验油杯串联一个电阻， 以限制击穿电流。 高压变压器的初级电路上接一个断路器，这个断路器能在试样击穿后不超过 0.02s的时间内因试样的击穿电流作用而动作。断路器接一个无电压释放线圈以保 护设备。 1.4 电压调节： 电压调节可用下列设备之一来实现 ： 变比自耦变压器 ， 电阻分压器。 发电机磁场调节 ， 感应调节器。 电压调节最好采用自动升压系统，因为手控调节不易得到要求的匀速升压。 1.5试验电压的测量 ： 试验电压值是电压的有效值，即电压峰值除以 2 。电压可以用峰值电压表或其他类型的测量电压表连接到试验变压器的输入端或输出端来测量。使用的测量仪器须用球隙校正到希望用它测量的全电压。从球隙得到的电压与辅助仪器所指示的电 压的比与试验油杯或球隙是否接入有关，因此在校正过程中应将试验油杯接在电路里。如果知道球隙的接入对电压比的影响可忽略，那么在测量过程中可不接球隙。 2，实现按照 电力 标准 DL/T962-2005“测量变压器油的介质损耗” 中第 5 条技术要求 的规定 ： 如电 源的要求 、 接线方式等 达到 标准的技术要求 1.1 使用环境条件 a) 环境温度： 0 40 b) 环境湿度： 30% 90% c) 海拔度不超过 1000m 注：对使用在海拔高度 1000m 以上的介损仪，其绝缘水平应考虑大气条件的影响。 1.2 交流电源 a) 电源电压：单相 220（ 1 10%） V b) 频率： 50Hz 0.5 Hz c) 波形：正弦波，波形失真度不大于 5% 1.3 主要技术参数 A） 测量范围 介损仪的介质损耗因数的测量范围为 0 0.1，在 10kV 试验电压下，电容内施法测量范围不小于 40000pF.绝缘油损耗测试仪的电容测量范围为 20 pF 200 pF. 注：对于电容量大于 40000pF 的被试品，例如直流滤波电容器，可以使用介质仪的外施法测量 B） 介损仪的误差标书方法 a)介质损耗因数示值误差 D (a%+D+D0) 式中 D 介质损耗因数示值绝对误差限值 a-介质损耗因数示值允许的相对误差 D-介质损耗因数测量示值 D0-介质损耗因数固定项误差 b)电容量示值误差 C (b%+C+C0) 式中 C-电容量示值绝对误差限值 b-电容量示值允许的相对误差 C-电容量示值 C0-电容固定项误差 c)介损仪的介质损耗因数示值允许相对差 a 从下列熟中选取： 0.5、 1、 2、 5、 10；电容量示值允许的相对误差 b 应从下列数值中选取 0.2、 0.5、 1、 2、 5. d)介损仪因数固定误差 D0 的 选取要求：在介质损耗因数 0 0.1 的范围内，正接线方式测量时介损仪的固定项误差应不大于 0.0005；反接线方式测量时，介损仪的固定项差应不小于0.001；绝缘油损耗测试的介质损耗因数固定项目应不大于 0.0002. e)介损仪电容量固定项误差 C0 的选取要求：在电容量 0pF 200pF 的范围内，其误差应不大于 2 pF；在电容量为 200 pF 及以上时，其固定项误差应不大于 5pF；绝缘油损耗测试仪在电容量 20pF 200 pF 的范围内，介损仪的固定项误差应不大于 2 pF. C） 示值误 差 在测量范围内，任一校准点的示值误差，应不大于允许误差 D） 示值重复性 用实验性标准差来考核介损仪示值重复性，每个量限内的实验标准差应不大于改限允许误差的 1/10。 E） 最小分辨力 介损仪的接损耗因数测量最小分辨力应不低于 0.0001.油介损仪的介质损耗因数测量最小分辨力应不低于 0.0002. F） 内附高压电源技术参数 a) 高压电源的额定输出电压应不低于 10Kv b) 输出电压示值误差应不低于 3% c) 输出电压波形应为正弦波，其波形失真度不大于 5% d) 输出电压的频率采用 50Hz,如果为了抗干扰的目的，输出电压 的频率应在 e) 45Hz 50Hz 的范围内选取 f) 高压电源的容量应不小于 750VA G） 上接高压标准电容器 高压标准电容器的介质损耗因数不得大于 5 10-5， 在 额定工作电压也低于 10kV. 2.介损仪应具备的功能 a) 介损仪的测量结果应有保持功能，且介质损耗因数显示为 50Hz 的测量值； b) 介损仪应具有高压击穿保护、过电流保护功能； c) 除手动升压的介损仪外，在采样介绍或显示测量之后，介损仪应能自动切断高压电源。 3.绝缘性能 3.1 绝缘电阻 a) 介损仪电源端子对机壳的绝缘电阻应不小于 2M ； b) 介损仪高压输出端子对机壳的绝缘电 阻不应小于 50 . 3.2 介电强度 a) 介损仪电源电路与外壳之间的绝缘应能耐受 50Hz、 1、 5KV 交流电压，历时 1min.试验期间不应发生闪络和击穿 b) 介损仪高压输出端子和外壳之间的绝缘应能耐受 50 Hz、 15KV 交流电压，历时 1min.试验期间不应发生闪络和击穿 3 实现按照电力标准 DL/T962-2005“测量变压器油的微水”中技术要求的规定： 达到标准的技术要求 a) 油的含水量 b) 变压器的上部（运行）油温、变压器的下部（运行）油温 c) 变压器油的流量：每小时 0.02m3 d) 测量范围：油中水量： 5-100ppm（稀释 水）温度： 0-100 Co e) 主过滤器的进口 /出口过滤等级： 40 m 4.实现按照电力标准 DL/T962-2005“测量变压器油的微气”中技术要求的规定：达到标准的技术要求 a) 分析周期： 15 分钟完成检测全过程，可连续进行监测； b) 工作环境温度： 40 55 ；工作环境湿度： 5 95%； c) 载 气：高纯氮气 d) 电 源：交流 220V 50Hz 功率： 1.5KW e) 最小检测浓度：单位： L/L 组 分 H2 CO CO2 CH4 C2H4 C2H6 C2H2 最小检测浓度 1 5 25 1 0.5 0.5 0.5 量 程 1 5000 5 10000 25 50000 1 2000 0.5 2000 0.5 2000 0.5 2000 经济指标 推广 这项新技术可带来的效益如下： 1.社会效益 1）通过减少变压器废油排放量，创建绿色电网； 2）装置的高度自动化和自治能力的应用能够明显减轻电力职工的劳动强度，促进和谐 电网发展； 3）有效减少变电主设备事故发生率，从而避免大面积停电带来对 社会 和人民生活 影响。 2.经济效益 由于变压器油的状态处理涉及方方面面，不能详 述其应用后的直接经济效益和避免的经济损失，仅以北京超高压公司为例说明如下： 该装置高度自动化的应用，装置可以无人值守，以减少人力和物力为例，与离线相比一台变压器，人员费用、设备费用、车辆费用等维护费用至少也要节约 几万元 /台，对电力公司每年可以节约近百万元。 3.隐形效益 通过应用变压器在线滤油技术达到以下隐形效益： 1）状态 监测 变压器油可以达到延长变压器的使用寿命，节省了投资， 既 降低了电力公司的管理和运行成本； 又提高变压器运行的可靠性和经济性，保证了变压器的安全运行。 2) 状态检修维护方法不仅促进电力企 业的电气试验、技术监督，还促进了可靠性管理、设备状态评估、风险分析等管理和技术手段的进步。 3）状态（在线） 检修维护方法是一种先进的管理思想和实施方法，促进了电力企业逐步形成长效、闭环、优化、动态的设备管理机制 4） 推广这项新的 技术 ，节约了变压器油也就是节约石油，同时也减少废变压器油的排放，对节 能减排，保护环境也有一定贡献。 研究方法 在吸收和消化国内外在线监测和在线处理装置的先进技术和设计思想的基础上 研发我们具有独立知识产权的产品，先在实验室模拟，取得经验后在 实际变压器上离线测量，再取得 积累经验后 修改装置和软件，才能在线实际 测量。 技术路线 1, 按照国标拟订研发提纲，制订 关键技术的攻关：在线取样、在线 测量、在线通信、 软件开发。 2，参照离线测量和通信的技术，移植到在线监测技术。 3，研究开发适用的软件，注意实用性和兼容性。 4， 研制中执行先实验室调试，后现场试验； 先分组件调试，再整机 调试的路线。 四、工作总体安排和年度进度 序号 时间段 内 容 1 3 个月 收集国内外在线测量和在线处理装置的资料，分析和消化关键技术，提出几个方案，选择技术经济较优的方案 。 2 3 个月 实验室研究和模拟 。 编写、安装及 调试软件 。 1，在线取样 2，在线监测 3，在线变压器油的回收和处理 3 3 个月 现场 离线 测试，修改装置和软件。 1，在线取样 2，在线监测 3，在线变压器油的回收和处理 4，通信和测量软件的调试：现场、遥控及人机 对调。 4 3 个月 现场在线测试，给装置初步定型。 5 6 7 8 9 五、实现本项目预期目标已具备的条件（包括过去的研究工作基础，现有的主要仪器设备、研究技术人员及协作条件，从其它渠道已得到、已申请或申请的经费情况及金额等） 项目负责人 已具备的条件 1、人力资源充分，我们可以 发挥“科研、生产、应用”“老、中、青”三结合的优势； 2、 技术力量雄厚，我们可以组织生产、研究、运行部门集体攻关，解决技术难题； 3、